静(jìng)電(diàn)放(fàng)電(diàn)（ESD）理(lǐ)論研究的(de)已經(jīng)相當成(chéng)熟，为(wèi)了(le)模拟分(fēn)析静(jìng)電(diàn)事(shì)件(jiàn)，前(qián)人(rén)設計(jì)了(le)很多(duō)静(jìng)電(diàn)放(fàng)電(diàn)模型。
常見(jiàn)的(de)静(jìng)電(diàn)模型有(yǒu)：人(rén)體(tǐ)模型（HBM），带電(diàn)器件(jiàn)模型，场(chǎng)感(gǎn)应模型，场(chǎng)增強(qiáng)模型，機(jī)器模型和(hé)電(diàn)容耦合模型等。芯片(piàn)級一(yī)般用(yòng)HBM做測試，而(ér)電(diàn)子産品則用(yòng)IEC 6 1000-4-2的(de)放(fàng)電(diàn)模型做測試。为(wèi)对(duì) ESD 的(de)測試進(jìn)行統一(yī)規範，在(zài)工業标(biāo)準方(fāng)面(miàn)，歐共(gòng)體(tǐ)的(de) IEC 61000-4-2 已建立起(qǐ)嚴格的(de)瞬變(biàn)冲擊抑制标(biāo)準；電(diàn)子産品必須符合这(zhè)一(yī)标(biāo)準之(zhī)後(hòu)方(fāng)能(néng)銷往歐共(gòng)體(tǐ)的(de)各(gè)个成(chéng)員國(guó)。
因(yīn)此(cǐ)，大(dà)多(duō)數生(shēng)産廠(chǎng)家(jiā)都把(bǎ) IEC 61000-4-2看(kàn)作(zuò)是(shì) ESD 測試的(de)事(shì)實(shí)标(biāo)準。我(wǒ)國(guó)的(de)國(guó)家(jiā)标(biāo)準（GB/T 17626.2-1998）等同(tóng)于(yú)IEC 61000-4-2。大(dà)多(duō)是(shì)實(shí)验(yàn)室(shì)用(yòng)的(de)静(jìng)電(diàn)發(fà)生(shēng)器就(jiù)是(shì)按 IEC 61000-4-2的(de)标(biāo)準，分(fēn)为(wèi)接觸放(fàng)電(diàn)和(hé)空气(qì)放(fàng)電(diàn)。放(fàng)電(diàn)头(tóu)按接觸放(fàng)電(diàn)和(hé)空气(qì)放(fàng)電(diàn)分(fēn)尖头(tóu)和(hé)圆(yuán)头(tóu)两(liǎng)種(zhǒng)。
注:图(tú)中省(shěng)略的(de)Cd是(shì)存在(zài)于(yú)發(fà)生(shēng)器與(yǔ)受試設備,接地(dì)參考平面(miàn)以(yǐ)及(jí)合闆之(zhī)間(jiān)的(de)分(fēn)布(bù)電(diàn)容。由于(yú)此(cǐ)電(diàn)容分(fēn)布(bù)在(zài)整个發(fà)生(shēng)器上(shàng)，因(yīn)此(cǐ),在(zài)該回(huí)路(lù)中不(bù)可(kě)能(néng)标(biāo)明。
图(tú)1静(jìng)電(diàn)放(fàng)電(diàn)發(fà)生(shēng)器簡图(tú)
图(tú)2：静(jìng)電(diàn)放(fàng)電(diàn)發(fà)生(shēng)器輸出(chū)電(diàn)流的(de)典型波(bō)形
IEC 61000-4-2的(de) 静(jìng)電(diàn)放(fàng)電(diàn)的(de)波(bō)形如(rú)图(tú)2，可(kě)以(yǐ)看(kàn)到(dào)静(jìng)電(diàn)放(fàng)電(diàn)主要(yào)電(diàn)流是(shì)一(yī)个上(shàng)升(shēng)沿在(zài)1nS左(zuǒ)右(yòu)的(de)一(yī)个上(shàng)升(shēng)沿，要(yào)消除这(zhè)个上(shàng)升(shēng)沿要(yào)求ESD保護器件(jiàn)響应时(shí)間(jiān)要(yào)小于(yú)这(zhè)个时(shí)間(jiān)。静(jìng)電(diàn)放(fàng)電(diàn)的(de)能(néng)量(liàng)主要(yào)集中在(zài)幾(jǐ)十(shí)MHz到(dào)500MHz，很多(duō)时(shí)候我(wǒ)们(men)能(néng)從頻譜上(shàng)考慮，如(rú)濾波(bō)器濾除相应頻带的(de)能(néng)量(liàng)来(lái)實(shí)現(xiàn)静(jìng)電(diàn)防護。其(qí)放(fàng)電(diàn)頻譜如(rú)下(xià)，这(zhè)个图(tú)是(shì)我(wǒ)自(zì)己画(huà)的(de)，只(zhī)能(néng)定(dìng)性(xìng)的(de)看(kàn)，不(bù)能(néng)定(dìng)量(liàng)。
IEC 61000-4-2規定(dìng)了(le)幾(jǐ)个試验(yàn)等級，目前(qián)手(shǒu)機(jī)CTA測試執行得是(shì)3級，即接觸放(fàng)電(diàn)6KV，空气(qì)放(fàng)電(diàn)8KV。很多(duō)手(shǒu)機(jī)廠(chǎng)家(jiā)內(nèi)部(bù)執行更(gèng)高(gāo)的(de)静(jìng)電(diàn)防護等級。
當集成(chéng)電(diàn)路(lù)（ IC ）經(jīng)受静(jìng)電(diàn)放(fàng)電(diàn)（ ESD）时(shí)，放(fàng)電(diàn)回(huí)路(lù)的(de)電(diàn)阻通常都很小，無法(fǎ)限制放(fàng)電(diàn)電(diàn)流。例如(rú)将带静(jìng)電(diàn)的(de)電(diàn)缆(lǎn)插到(dào)電(diàn)路(lù)接口(kǒu)上(shàng)时(shí)，放(fàng)電(diàn)回(huí)路(lù)的(de)電(diàn)阻幾(jǐ)乎为(wèi)零(líng)，造成(chéng)高(gāo)达(dá)數十(shí)安(ān)培的(de)瞬間(jiān)放(fàng)電(diàn)尖峰(fēng)電(diàn)流，流入相应的(de) IC 管(guǎn)腳(jiǎo)。瞬間(jiān)大(dà)電(diàn)流会(huì)嚴重(zhòng)損傷 IC ，局部(bù)發(fà)热(rè)的(de)热(rè)量(liàng)甚至(zhì)会(huì)融化(huà)矽片(piàn)管(guǎn)芯。ESD 对(duì) IC的(de)損傷還(huán)包(bāo)括內(nèi)部(bù)金(jīn)屬连接被(bèi)燒斷，鈍化(huà)层(céng)受到(dào)破壞，晶體(tǐ)管(guǎn)單元(yuán)被(bèi)燒壞。
ESD 還(huán)会(huì)引起(qǐ) IC 的(de)死鎖（ LATCHUP）。这(zhè)種(zhǒng)效应和(hé) CMOS 器件(jiàn)內(nèi)部(bù)的(de)類(lèi)似可(kě)控矽的(de)結構單元(yuán)被(bèi)激活有(yǒu)關(guān)。高(gāo)電(diàn)壓可(kě)激活这(zhè)些結構，形成(chéng)大(dà)電(diàn)流信(xìn)道(dào)，一(yī)般是(shì)從 VCC 到(dào)地(dì)。串行接口(kǒu)器件(jiàn)的(de)死鎖電(diàn)流可(kě)高(gāo)达(dá) 1A 。死鎖電(diàn)流会(huì)一(yī)直(zhí)保持，直(zhí)到(dào)器件(jiàn)被(bèi)斷電(diàn)。不(bù)过(guò)到(dào)那时(shí)， IC 通常早(zǎo)已因(yīn)过(guò)热(rè)而(ér)燒毀了(le)。
電(diàn)路(lù)級ESD防護方(fāng)法(fǎ)
1、並(bìng)聯放(fàng)電(diàn)器件(jiàn)
常用(yòng)的(de)放(fàng)電(diàn)器件(jiàn)有(yǒu)TVS，齊納二极管(guǎn)，壓敏電(diàn)阻，气(qì)體(tǐ)放(fàng)電(diàn)管(guǎn)等。如(rú)图(tú)
1.1、齊納二极管(guǎn)（ Zener Diodes ，也(yě)稱穩壓二极管(guǎn) ） ：利用(yòng)齊納二极管(guǎn)的(de)反(fǎn)向擊穿特(tè)性(xìng)可(kě)以(yǐ)保護 ESD敏感(gǎn)器件(jiàn)。但是(shì)齊納二极管(guǎn)通常有(yǒu)幾(jǐ)十(shí) pF 的(de)電(diàn)容，这(zhè)对(duì)于(yú)高(gāo)速信(xìn)号(hào)（例如(rú) 500MHz）而(ér)言，会(huì)引起(qǐ)信(xìn)号(hào)畸變(biàn)。齊納二极管(guǎn)对(duì)電(diàn)源上(shàng)的(de)浪湧也(yě)有(yǒu)很好(hǎo)的(de)吸收(shōu)作(zuò)用(yòng)。
1.2、瞬變(biàn)電(diàn)壓消除器 TVS(Transient Voltage Suppressor)：TVS 是(shì)一(yī)種(zhǒng)固态二极管(guǎn)，專門(mén)用(yòng)于(yú)防止 ESD 瞬态電(diàn)壓破壞敏感(gǎn)的(de)半導體(tǐ)器件(jiàn)。與(yǔ)傳統的(de)齊納二极管(guǎn)相比， TVS 二极管(guǎn) P/N 結面(miàn)積更(gèng)大(dà)，这(zhè)一(yī)結構上(shàng)的(de)改進(jìn)使 TVS 具有(yǒu)更(gèng)強(qiáng)的(de)高(gāo)壓承受能(néng)力，同(tóng)时(shí)也(yě)降低(dī)了(le)電(diàn)壓截止率，因(yīn)而(ér)对(duì)于(yú)保護手(shǒu)持設備低(dī)工作(zuò)電(diàn)壓回(huí)路(lù)的(de)安(ān)全(quán)具有(yǒu)更(gèng)好(hǎo)效果(guǒ)。
TVS二极管(guǎn)的(de)瞬态功率和(hé)瞬态電(diàn)流性(xìng)能(néng)與(yǔ)結的(de)面(miàn)積成(chéng)正(zhèng)比。該二极管(guǎn)的(de)結具有(yǒu)較大(dà)的(de)截面(miàn)積，可(kě)以(yǐ)處(chù)理(lǐ)閃電(diàn)和(hé) ESD所(suǒ)引起(qǐ)的(de)高(gāo)瞬态電(diàn)流。TVS也(yě)会(huì)有(yǒu)結電(diàn)容，通常0.3个pF到(dào)幾(jǐ)十(shí)个pF。TVS有(yǒu)單极性(xìng)的(de)和(hé)双(shuāng)极性(xìng)的(de)，使用(yòng)时(shí)要(yào)注意(yì)。手(shǒu)機(jī)上(shàng)用(yòng)的(de)TVS大(dà)約0.01$，低(dī)容值的(de)約2-3分(fēn)$。
1.3、多(duō)层(céng)金(jīn)屬氧化(huà)物(wù)結構器件(jiàn) (MLV)：大(dà)陸一(yī)般稱为(wèi)壓敏電(diàn)阻。MLV也(yě)可(kě)以(yǐ)進(jìn)行有(yǒu)效的(de)瞬时(shí)高(gāo)壓冲擊抑制，此(cǐ)類(lèi)器件(jiàn)具有(yǒu)非(fēi)線(xiàn)性(xìng)電(diàn)壓 - 電(diàn)流 ( 阻抗表(biǎo)現(xiàn) ) 關(guān)系(xì)，截止電(diàn)壓可(kě)达(dá)最(zuì)初中止電(diàn)壓的(de) 2 ～ 3倍。这(zhè)種(zhǒng)特(tè)性(xìng)适合用(yòng)于(yú)对(duì)電(diàn)壓不(bù)太敏感(gǎn)的(de)線(xiàn)路(lù)和(hé)器件(jiàn)的(de)静(jìng)電(diàn)或(huò)浪湧保護，如(rú)電(diàn)源回(huí)路(lù)，按鍵輸入端等。手(shǒu)機(jī)用(yòng)壓敏電(diàn)阻約0.0015$,大(dà)約是(shì)TVS价格的(de)1/6，但是(shì)防護效果(guǒ)沒(méi)有(yǒu)TVS好(hǎo)，且(qiě)壓敏電(diàn)阻有(yǒu)壽命老(lǎo)化(huà)。
2、串聯阻抗
一(yī)般可(kě)以(yǐ)通过(guò)串聯電(diàn)阻或(huò)者(zhě)磁珠(zhū)来(lái)限制ESD放(fàng)電(diàn)電(diàn)流，达(dá)到(dào)防静(jìng)電(diàn)的(de)目的(de)。如(rú)图(tú)。如(rú)手(shǒu)機(jī)的(de)高(gāo)輸入阻抗的(de)端口(kǒu)可(kě)以(yǐ)串1K歐電(diàn)阻来(lái)防護，如(rú)ADC，輸入的(de)GPIO，按鍵等。不(bù)要(yào)擔心(xīn)0402的(de)電(diàn)阻会(huì)被(bèi)打(dǎ)壞，實(shí)践證明是(shì)打(dǎ)不(bù)壞的(de)。这(zhè)里(lǐ)不(bù)詳细(xì)分(fēn)析。用(yòng)電(diàn)阻做ESD防護幾(jǐ)乎不(bù)增加成(chéng)本(běn)。如(rú)果(guǒ)用(yòng)磁珠(zhū)，磁珠(zhū)的(de)价格大(dà) 約0.002$,和(hé)壓敏電(diàn)阻差不(bù)多(duō)。
3、增加濾波(bō)网(wǎng)絡
前(qián)面(miàn)提(tí)到(dào)了(le)静(jìng)電(diàn)的(de)能(néng)量(liàng)頻譜，如(rú)果(guǒ)用(yòng)濾波(bō)器濾掉主要(yào)的(de)能(néng)量(liàng)也(yě)能(néng)达(dá)到(dào)静(jìng)電(diàn)防護的(de)目的(de)。
对(duì)于(yú)低(dī)頻信(xìn)号(hào)，如(rú)GPIO輸入，ADC，音(yīn)頻輸入可(kě)以(yǐ)用(yòng)1k+1000PF的(de)電(diàn)容来(lái)做静(jìng)電(diàn)防護，成(chéng)本(běn)可(kě)以(yǐ)忽略，性(xìng)能(néng)不(bù)比壓敏電(diàn)阻差，如(rú)果(guǒ)用(yòng)1K+50PF的(de)壓敏電(diàn)阻（下(xià)面(miàn)講的(de)複合防護措施），效果(guǒ)更(gèng)好(hǎo)，經(jīng)验(yàn)證明这(zhè)樣(yàng)防護效果(guǒ)有(yǒu)时(shí)超过(guò)TVS。
对(duì)于(yú)射頻天(tiān)線(xiàn)的(de)微波(bō)信(xìn)号(hào)，如(rú)果(guǒ)用(yòng)TVS管(guǎn)，壓敏等容性(xìng)器件(jiàn)来(lái)做静(jìng)電(diàn)防護，射頻信(xìn)号(hào)会(huì)被(bèi)衰減，因(yīn)此(cǐ)要(yào)求TVS的(de)電(diàn)容很低(dī)，这(zhè)樣(yàng)增加ESD措施的(de)成(chéng)本(běn)。对(duì)于(yú)微波(bō)信(xìn)号(hào)可(kě)以(yǐ)对(duì)地(dì)並(bìng)聯一(yī)个幾(jǐ)十(shí)nH的(de)電(diàn)感(gǎn)来(lái)为(wèi)静(jìng)電(diàn)提(tí)供一(yī)个放(fàng)電(diàn)通道(dào)，对(duì)微波(bō)信(xìn)号(hào)幾(jǐ)乎沒(méi)有(yǒu)影響，对(duì)于(yú)900MHZ和(hé)1800MHz的(de)手(shǒu)機(jī)經(jīng)常用(yòng)22nH的(de)電(diàn)感(gǎn)。这(zhè)樣(yàng)能(néng)把(bǎ)静(jìng)電(diàn)主要(yào)能(néng)量(liàng)頻譜上(shàng)的(de)能(néng)量(liàng)吸收(shōu)掉很多(duō)。
4、符合防護
有(yǒu)一(yī)種(zhǒng)器件(jiàn)叫EMI filter，他(tā)有(yǒu)很好(hǎo)的(de)ESD防護效果(guǒ)，如(rú)图(tú)。EMI filter也(yě)有(yǒu)基于(yú)TVS管(guǎn)的(de)和(hé)基于(yú)壓敏電(diàn)阻的(de)，前(qián)者(zhě)效果(guǒ)好(hǎo)，但很貴，後(hòu)者(zhě)廉价，一(yī)般4路(lù)基于(yú)壓敏電(diàn)阻的(de)EMI价格在(zài)0.02$。
實(shí)際应用(yòng)中可(kě)以(yǐ)用(yòng)下(xià)面(miàn)的(de)一(yī)个電(diàn)阻+一(yī)个壓敏電(diàn)阻的(de)方(fāng)式。他(tā)既有(yǒu)低(dī)通濾波(bō)器的(de)功能(néng)，又有(yǒu)壓敏電(diàn)阻的(de)功能(néng)，還(huán)有(yǒu)電(diàn)阻串聯限流的(de)功能(néng)。是(shì)性(xìng)价比最(zuì)好(hǎo)的(de)防護方(fāng)式，对(duì)于(yú)高(gāo)阻信(xìn)号(hào)可(kě)以(yǐ)采用(yòng)1K電(diàn)阻+50PF壓敏；对(duì)于(yú)耳(ěr)機(jī)等音(yīn)頻輸出(chū)信(xìn)号(hào)可(kě)以(yǐ)采用(yòng)100歐電(diàn)阻+壓敏電(diàn)阻；对(duì)于(yú)TP信(xìn)号(hào)串聯電(diàn)阻不(bù)能(néng)太大(dà)否則影響TP的(de)線(xiàn)性(xìng)，可(kě)以(yǐ)采用(yòng)10歐電(diàn)阻。雖(suī)然電(diàn)阻小了(le)，低(dī)通濾波(bō)器效果(guǒ)已經(jīng)沒(méi)有(yǒu)了(le)，但限流作(zuò)用(yòng)還(huán)是(shì)很重(zhòng)要(yào)的(de)。
5、增加吸收(shōu)回(huí)路(lù)
可(kě)以(yǐ)在(zài)敏感(gǎn)信(xìn)号(hào)附件(jiàn)增加地(dì)的(de)漏铜(tóng)，来(lái)吸收(shōu)静(jìng)電(diàn)。道(dào)理(lǐ)和(hé)避雷(léi)針(zhēn)原理(lǐ)一(yī)樣(yàng)。在(zài)信(xìn)号(hào)線(xiàn)上(shàng)放(fàng)置尖端放(fàng)電(diàn)點(diǎn)（火(huǒ)花(huā)隙）在(zài)山(shān)寨手(shǒu)機(jī)設計(jì)中也(yě)經(jīng)常应用(yòng)。
